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摘 要

采用基于PWM控制的开关稳压电源和稳压性能优良的传统线性稳压电源相结合的方式，吸取开关电源效率高和线性稳压电源稳压性能好的两方面长处，设计了“基于PWM控制的线性稳压电源”电路，使之具有重量轻、体积小、效率高、功耗小、纹波小、噪音低等优良特性。经过电路安装、电源整机的制作调试和运行测试，结果表明：本电源电路设计方案兼有开关稳压电源和线性稳压电源的双重优点，有较好的实用价值和推广潜力，相信这种新式稳压电源会在相关领域有很好的应用前景。

关键词：PWM，控制，开关，线性，效率，稳压，电源

Abstract: The traditional linear regulated power supply switching power supply and power performance of PWM control based on the excellent combination of switching power supply, absorb high efficiency and linear regulated power supply regulator performance two strengths, designed the "linear regulated power supply control circuit based on PWM", which has the advantages of light weight, small volume, high efficiency, low power consumption, small ripple, low noise excellent characteristics. After debugging and running, the power supply circuit installation test, results show that: the dual advantages of both the power circuit design switching power supply and a linear regulated power supply, a good practical value and popularization potential, believe that the new power supply will have a good application prospect in the related fields.

Keywords: PWM, control, switch, linearity, efficiency, voltage regulator, power

目录

1 前言 4

1.1 提出课题的原因 4

1.2 电源在现代社会的重要意义 4

1.3 课题方案的设计原理 4

2 基于PWM控制的线性稳压电源的总体设计框图 5

2.1 开关式电源输入的整流滤波电路的设计 5

3 输入滤波电容器的选择 7

4 开关稳压器输入整流滤波电路的设计 7

5 功率开关管的选择 10

5.1 功率开关管选择 10

5.2 MOSFET功率开关管的选择 11

6 稳压电源的电路设计 11

6.1 核心开关稳压器件 11

6.2 开关电路设计 11

6.3 线性稳压电路设计 13

结论 14

参考文献 15

致谢 16

1 前言

1.1 提出课题的原因

早期线性稳压电源稳压性能好谐波少，但是效率低一般低于60%，而且多使用变压器进行降压整流,因而比较笨重,不利于小型化。现在的开关式稳压电源对交流电源电压宽变化范围的适应性较好，电源效率高，利于小型化，但是输出电压的稳定性能不及线性电源，同时谐波干扰较大。而线性电源输出电压在可靠性、稳定性方面弥补了这一缺点，两者可以相互补充，相互结合。因此，提出了基于PWM控制的线性稳压电源电路设计的基本构想方案。

1.2 电源在现代社会的重要意义

电源在现代电子信息技术设备当中占有相当重要的地位，应用也非常广泛，比如手机、电脑、车辆等等。电源技术的含量在一定程度上反映了设备的可靠性，甚至反映了整体性能的优劣。电源技术的一个重要用途就是为发展信息产业而服务。同时，信息技术(1T)的发展对电源技术又提出了相对较高的要求，从而促进了电源技术本身的发展。两者相辅相成，这样才有了现代快速发展的信息产业以及电源产业。从平时生活当中的工具到最尖端的科学都离不开电源技术的参与和支持。相反的，电源技术的发展对提高一个国家劳动生产率的水平，即提高一个国家单位能耗的产出水平，又具有相当重要的作用。

1.3 课题方案的设计原理

基于PWM控制的线性稳压电源电路设计的基本构想方案：前半部分是开关稳压电源,后半部分是线性稳压电源。开关电源输出的直流电压,虽然稳定度不高而且纹波电压较多,实际电压波动的范围较小(零点几伏),纹波电压也就几十到一百几十毫伏,作为电源输出性能较差,但是作为线性稳压电源的输入电压来说是很好的输入电源, 线性稳压电路在开关电源的基础上再进行稳压,效果很好而且还非常容易,虽然效率略低于开关电源,但是却比线性稳压电源的效率提高了不少,其性价是相当高的。通过这两者的结合和相互弥补，最终可以形成一个具有两者优点的电源，即一种开关式线性稳压电源。

2 基于PWM控制的线性稳压电源的总体设计框图

图 2.1 总体设计框图

如图2.1所示,220V交流电输入经桥式整流电容滤波进入开关晶体管，中间适当加一保护电路，在开关晶体管后进入脉冲变压器，再整流滤波（利用二极管的单向导电性将正负变化的交流电压变为单向脉动电压的电路，在交流电源的作用下，整流二极管周期性地导通和截止，使负载得到脉动直流电。在电源的正半周，二级管导通，使负载上的电流与电压波形形状完全相同；在电源电压的负半周，二极管处于反向截止状态。滤波电路作用是尽可能的减小直流电压中的交流成分，保留其直流成分，使输出电压纹波系数降低，波形变得比较平滑。用整流滤波就是为了得到波形平直的直流电）。用光电耦合取样，比较放大，PWM控制，负反馈到开关晶体管。这是开关式电源的基本思路，将开关式电源的输出作为直流稳压电源的输入来提高电源的稳定性，虽然效率比开关电源低了，但稳定性却大大提高了。

2.1 开关式电源输入的整流滤波电路的设计

2.1.1 输入整流管的选择

对于隔离式开关电源一般采用由整流管构成的整流桥，亦可直接选用成品整流桥完成桥式整流。非隔离式开关电源，可采用输入整流管进行半波整流。近年来，以大管芯、小封装为特点的各种塑料封装（以下简称塑封）硅整流管大量上市。它们的体积很小、性能优良、价格低廉，可取代原国产2CZ系列整流管。塑封整流管的典型产品主要为1N4001~1N4007（1A）。

2.1.2 输入整流桥的选择

全波桥式整流器简称硅整流桥，硅整流桥有4个引出端，其中交流输入端、直流输入端各两个。硅整流桥是将四只硅整流管接成桥路形式，再用塑料封装成的半导体器件。它具有体积小、使用方便、各整流管的参数一致等优点，可广泛用于开关电源的整流电路。硅整流桥的最大整流电流平均值分0.5A、1A、1.5A、2A、3A、4A等规格，最高反向工作电压有50V、100V、200V、400V、600V、1000V等规格。一般的，小功率硅整流桥可以直接焊在印刷板上，而大、中功率硅整流桥则要用螺钉固定，并且需要安装合适的散热器。

2.1.3 整流桥的导通时间与选通特性

50Hz交流电压经过全波整流后成脉动直流电压U₁,再通过输入滤波电容得到直流高压U₁。在理想情况下，整流桥的导通角本应为180°（导通范围从0°~180°），但由于滤波电容器C的作用，仅在接近交流峰值电压处的很短时间内，才有输入电流经过整流桥对C充电。50Hz交流电的半周期为10ms，整流桥的导通时间t_c≈3ms，其导通角仅为54°（导通范围是36°~90°）。因此，整流桥实际通过的是窄脉冲电流。

2.1.4 整流桥的参数选择

整流桥的主要参数有反向峰值电压U_rm（V）、正向压降U_f（V）、平均整流电流I_f（A）、正向峰值浪涌电流I_fsm(A)、最大反向漏电流I_r(μA)。整流桥的反向击穿电压U_br应满足下式要求

（2.1）

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